Параметрические стабилизаторы напряжения.

Вряде случаев к выходному напряжению маломощного выпрямителя, используемому в качестве напряжения питания для некоторого электронного устройства, предъявляются требования в отношении его стабильности. Ввиду зависимости напряжения от тока нагрузки ,обусловленной наклоном внешней характеристики выпрямителя , а также от изменений напряжений питающей сети между выпрямителем и нагрузкой включают стабилизатор напряжения

Существуют два типа стабилизаторов напряжения: параметрические и компенсационные. В первом типе стабилизаторов используется постоянство напряжения некоторых видов приборов при изменении протекающего через них тока. Из полупроводниковых приборов таким свойством, как известно, обладает стабилитрон. Во втором типе стабилизаторов задачу стабилизации напряжения решают по компенсационному принципу, основанному на автоматическом регулировании напряжения, подводимого к нагрузке.

Будем рассматривать параметрические стабилизаторы. Компенсационные стабилизаторы, выполняемые на основе усилительных элементов, описываются ниже.

Схема параметрического стабилизатора напряжения приведена на рисунке 1.

Она состоит из балластного резистора и стабилитрона Д. Стабилизатор подключается к выходу выпрямителя с фильтром. Нагрузка подключена параллельно стабилитрону.

При изменении напряжения

под действием колебания напряжения питающей сети или изменения сопротивления нагрузки

напряжение на нагрузке изменяется незначительно, так как оно определяется мало изменяющимся обратным напряжением стабилитрона

при изменении протекающего через него тока (см. рис. 2). Приведем основные соотношения, необходимые

Рис.1. Схема параметрического стабилизатора напряжения

для расчета параметров стабилизатора. Главным при расчёте стабилизатора являются выбор типа стабилитрона на напряжение нагрузки

и обеспечение условий его работы, изменяющийся в процессе работы ток стабилитрона

не выходил бы за пределы рабочего участка, т.е. не был меньше

и больше

(см. рис.2).

Рис.2

Основные соотношения для токов и напряжений в стабилизаторе получаем, воспользовавшись первым и вторым законами Кирхгофа:

(1)

, (2)

где .

На основании этих соотношений для тока стабилитрона можно записать

(3)

Напряжение , определяемое напряжением , изменяется незначительно, в связи, с чем его можно считать неизменным. Тогда в условиях изменения тока нагрузки (сопротивления ) и напряжения ток будет изменяться от некоторого минимального значения до максимального значения . Минимальному значению согласно выражению (3) будут соответствовать минимальные значения и , а максимальному значению тока - максимальные значения и . Расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать величину сопротивления , при которой через стабилитрон протекал бы ток , соответствующий началу его рабочей характеристики. В связи с указанным для расчета балластного сопротивления имеем

(4)

Ток , протекающий через стабилитрон в процессе работы схемы, учитывают выбором типа прибора по току, исходя из того, чтобы ток не превышал максимально допустимого значения тока через стабилитрон. Максимальные мощности, рассеиваемые в стабилитроне и резисторе , рассчитывают по формулам

(5)

(6)

Таким образом, в процессе работы стабилизатора напряжение на нагрузке определяется напряжением на стабилитроне, соответствующим вольт-амперной характеристике прибора. Изменение напряжения на нагрузке характеризуется изменением напряжения на стабилитроне при изменении тока , т.е. определяется его дифференциальным сопротивлением . Показателем качества стабилизации напряжения служит коэффициент стабилизации , показывающий, во сколько раз относительное приращение напряжения на выходе стабилизатора меньше вызвавшего его относительного приращения на входе: